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No.2
- 回答日時:
(1)実数xに関する連立方程式x≧-1、2・3^x+a・3^-x≦1が解を持つような実数aの値の範囲を求めよ。
y=3^x_①と置くと、x≧-1より、y≧1/3_②
2・3^x+a・3^-x≦1_③とすると③に①を入れると2y+a/y≦1_④
両辺にyをかけると、2y^2+a≦y a≦y-2y^2_⑤
z= y-2y^2_⑥とすると、⑥のグラフは上に凸の放物線で、zの最大値を求めるため頂点は
dz/dy=1-4y=0より、y=1/4_⑦となる。この点は②y≧1/3の条件を満たさない。y≧1/3で
zはyとともに単調減少するから、
y=1/3のとき、z=1/9_⑧
がzの最小値である。この結果を⑤に入れるとa≦1/9_⑨
y=1/3から、x=-1_⑩ ⑨が成り立てば、x=-1とすれば不等式③は成立する。
(2)x≧-1を満たすすべての実数xに対し、不等式3^x+a・-3≧a_⑪が成り立つような実数aの値の範囲を求めよ。
y=3^x_⑫を⑪に入れるとy+a/y≧a_⑬となる。両辺にyをかけると
y^2+a≧ay,y^2≧ay-a=a(y-1)_⑭
⑭は(y-1)の符号により、次の3通りに分かれる。
(ア)y-1<0のときy^2/( y-1)≦a
1>y≧1/3 でz= y^2/( y-1)_⑮、y=1/3のときz=-1/6が最大値
z=-1/6≦aとなるために、-1/6≦a_⑯
(イ)y-1=0のときy^2≧0 ,1≧0_⑰
(ウ)y-1>0のときy^2/( y-1)≧a,y>1のとき、z=y^2/( y-1)=y+1+1/(y-1)_⑱、
dz/dy=1-1/( y-1)^2=0より、y=2のときz=4が最小値。z=4≧a_⑲
⑯⑲が成立するためには -1/6≦a≦4_⑳
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